物料特性包括粒子特性和散料特性。
1 粒子特性
1. 1 粒子尺寸
粒子尺寸以“粒径”表示是一项基本性能,它既同单个粒子有关也与散料特性有关。粒径可分为代表单个粒子的单一粒径和代表许多不同尺寸粒子组合成粒子群的平均粒径。对球形粒子可直接按其直径清楚定义,但对不规则粒子的粒径则要按以下当量来定义,故又称为当量直径。
1、按二维当量来定义,分为内接圆直径、外接圆直径、具有相同圆周长度的圆的直径。
2、按三维当量来定义,分为具有相同表面积的球的直径、具有相同体积或质量的球的直径、粒子刚好通过的孔(圆形或方形) 的尺寸。
3、按统计直径定义，分为：①Feret 直径(又称Green 径)，即在一固定方向测出的粒子两个端点间的距离； ②Martin 直径,即将三维粒子在固定方向分割成两个相等面积的直线长度，或者沿固定方向将粒子投影面积二等分线的长度。当采用光学或电子显微镜时，都是从正上方观察并投影在平面上的粒子，因此是依据粒子的投影图形来确定粒径。除了Feret 直径、Martin 直径外，还有所谓定向直径、投影圆当量直径、等周长圆当量直径，等等。
在气力输送工程中多采用质量平均直径。粒子的尺寸影响散料的流动性能，通常粒子越小处理就越麻烦。散料粒子大小还影响到稀相气力较小输送的输送速度，迄今将较小输送速度作为粒子粒径函数的关联式至少已有12 种。
1. 2粒子密度
单个粒子的质量除以该粒子体积的值即为粒子密度。由于测得的粒子体积可以包含或排除已存在粒子内部的开 放形或封闭形孔洞的体积，后者定义为同粒子表面不连通的空穴,因此粒子密度就有三种不同表示方法。
1、真实密度，即粒子质量除以排除开 放和封闭孔洞后的粒子体积。 2、表观密度，即粒子质量除以排除开 放孔洞但包含封闭孔洞的粒子体积。 3、有 效密度，即粒子质量除以包含开 放和封闭孔洞的粒子体积。
显然,真实密度实际上很难测出,因为存在于粒子内部的孔洞无法去掉。同时也可看出, “真实密度> 表观密度> 有 效密度”。工程应用中主要采用表观密度。
粒子密度的测量常以相对密度表述,即将要测量的粒子密度与用作比较液体的已知密度之比值。对细粉料和可溶性或脆性粒子则采用与空气比较的比重计。粒子密度用于计算输送的气流速度,它影响气力输送的较小输送速度和输送要求的压降。
1. 3粒子形状
粒子形状是一项难以定义的性能参数,因为形状有多种多样，为了将粒子形状引入分析模型中，就应在定量基础上定义形状。对单个粒子已提出多种“形状系数”,如球形度、圆形度、面积形状系数、体系形状系数和比表面积形状系数, 等等 。
如前所述,对粒径不均匀的物料，通常将粒子视作球形而确定其当量直径。气力输送的基本理论也是将粒子假定为球形来分析,这是因为球形的表面积与体积之比较小,理论分析容易,且球形粒子无方向性,实验结果也容易再现。
散料粒子的总体形状和结构对气力输送装置的设计很重要。若粒子是多角形,即指出输送时易于破碎；纤维状意味着粒子可能纠结在一起，以致使进、排料麻烦，管道易于堵塞；有锐角的硬质晶体状粒子会造成部件被擦伤和磨蚀的可能性。因此在粉体工程的装置设计和设备、管道与管件选型时，对此须仔细考虑。
1. 4粒子脆性
粒子脆性还不能容易地用一项指标或从试验得出数值来定义。为了探讨特定的粉碎机理,曾提出了如煤的可磨性指标,但并未成功引用到气力输送中有关粒子磨碎的问题上来。稀相气力输送的高速气流和粒子对管壁的碰撞,会造成粒子破碎,低速密相气力输送虽然情况大为改 善,但如处理不当,对脆性粒子仍然或多或少会引起粒子被磨碎,从而改变物料性能和降低产品质量。
2散料特性
散料是由大量单个粒子组成,这些粒子常常是大小不同、形状各异的,甚至可能是不同的化学成分。每个粒子又为自 由空间或间隙包围,因而可以将散料看成是粒子与空间的无规律组合。在气力输送时,空间为输送气流(多数是空气) 所占据,于是这些粒子同包围它们的气流之间的关系,就决定了散料的行为和它的“气力输送特性”。散料的有些性能与单个粒子有关,但更多的则是与物料的散装(堆积) 状态有关,在堆积状态下的整体物料性能称之为“散料特性”。
2. 1 堆积密度
堆积密度是散料质量除以该散料所占体积的值。既然散料是由许多无规律集 合的物料粒子组成，包含粒子的体积和粒子间的空隙，因此它具有的是表观堆积密度,取决于粒子密度、形状、粒子装填方法和粒子彼此的配位。对于一特定散料、堆积密度并不具有单一数值。它随物料的密集程度有很大变化，也与粒子装填于容器的方法有关系，通常更为恰当的是提供堆积密度的范围而不是单一值。在作任何散料堆积密度测量时，试验条件应模拟或尽量接近实际情况。
设计气力输送系统时，堆积密度的数据对确定以下一些重要参数是必不可少的,这包括：①从给料机得到的大致排料量；②已知容积的供料或下料仓中大致的散料质量；③要求贮存一定质量散料的料斗或料仓的大致容积。
2. 2 空隙度
对任何给定的散料,粒子密度与堆积密度之间有差值。一般来讲,倒出状态的堆积密度大约是粒子密度值的一半。由于堆积密度值取决于粒子密度、形状及散料粒子的堆积(装填) 状态，关联这些因素的方法是按以下表达式：
空隙度=散料中的空隙空间/总的散料所占容积
2. 3流动性能
散料有着宽范围的体积强度，从自 由流动的到很黏的，一种特定散料在这两种情况之间所处的位置即表示它的流动性。设计气力输送装置时，须一开始就应对其有了解，为它影响到处理散料的装置和系统部件的型式。这方面已进行了相当多的研究并提出各种测量技术，体积强度的数据应用到散料处理装置的设计中。有关这方面的资料是对要处理的散料试料进行直接剪切试验得出。
对流动性好的散料,粒子间的力可以忽略,这类散料在重力作用下即很容易流动,就象是单个分离的粒子一样。当粒子尺寸减小,粒子间力的作用就增加,这样再单凭重力已不足产生粒子间剪力使其流动。这时产生的流动不可能从单个分离的粒子而是以集 合体(团块) 来进行。通常对流动性很好的散料,气力输送装置设计几乎没有多大问题,但对黏性散料,由于呈现流动困难则须给予很大注意。遗憾的是从自 由流动到黏性的行为该转折点很难确定,有些散料只要稍微改变一下操作条件,就可能有 效改变它们的流动特性。
总之根据对多种物料进行试验的结果指出：如要研究散料对密相气力输送的能力,则透气性和存气性是两项重要的散料特性。当散料具有足够的透气性,就可能以密相栓流形式输送；当散料具有良好的存气性,就可能以密相移动床形式输送；而当散料既无足够的透气性且存气性也差时,不可能由常规充气罐装置作密相气力输送,只能采用稀相气力输送。
2. 4 粒径分布
由于散料包含大量单个粒子而大多数情况有宽的粒径范围,因而采用粒径分布曲线来描绘散料的粒径特征。所谓粒径分布(也有称粒度分布) 就是散料中各种尺寸粒子的质量分别占散料总质量的比例,它对气力输送特别重要,是一项能较好定义散料本质的参数。
2. 5 可压缩性
堆积密度可以看作是散料堆积状态(即从松散到压实) 的函数,因而也是透气性的函数。特别对高浓度低速度的气力输送,散料的可压缩性和透气性决定了散料存气的难易程度,以及流过移动料床或料栓的气体怎样对散料起作用。
2. 6黏性
黏性有两种形式,即黏附性和黏聚性,前者是指不同实体的连结,如粉料粒子黏附在处理装置、管道或仓壁表面上,后者是指相同实体的连结,如散料粒子的结块成团。气力输送时,散料与管壁间除有黏附力外,气流还会产生使黏附层脱离壁面的分离力。仅当黏附力大于分离力时,管壁上才会出现黏附层,这种情况与散料特性、管材和管壁特征以及气速等有关。通常,对于微细粉料,因表面水分而产生黏性或带电荷的散料,输送气速越大,对壁面压力就增加,使黏附力增加, 只有气速超过其临界点后，才不再产生黏附。
2. 7爆 炸性
许多粉料悬浮于空气中时形成粉尘云,一旦出现着火源即可能发生爆 炸,称之为“粉尘爆 炸” 。
由于气力输送系统的基本要素是物料与空气的混合体,不可能没有粉尘产生。即使所输送的散料是由比产生爆 炸危险要大一些的颗粒组成,也要考虑到在输送过程有细粉产生,也就可能导致在下料斗中出现爆 炸危险。当粉尘云在受到约束的状态下,如供料装置或贮仓中,尘云的着火产生压力积累,此压力的强弱取决于悬浮物的体积、料性和排向大气的泄压率。任何气力输送系统,总有物料在某处分散成悬浮状。因此,须考虑使这种爆 炸可能性降低到细小的办法以及一旦出现着火源,爆 炸对整套设备的作用。
对于高压密相气力输送系统,由于固气比(即浓度) 较高,一般已超过爆 炸上限浓度,又由于气力输送具有自净性,管道中不会堆积粉尘,因此未必可能发生爆 炸。
2. 8 吸湿性、潮解性和含水量
散料具有吸湿性就容易吸水结块、黏附管壁甚至引起堵塞,有 机物料则更因吸水多而变质腐 败。如塑料粉末、化肥、水泥、粉煤灰等都能从空气中吸收大量湿气。如果散料不仅容易吸湿并且还会潮解则情况就更严重。因此须采用充分干燥的空气作为输送介质,同时还要注意散料本身的含水量。散料可以采用气力输送的较高含水量,随物料种类和输送方法不同而异。通常,由真空吸送的散料可以比采用压送的含水量高一些。当然,散料因含湿也会带来一定的好处,即扬尘少,可抑 制静电积累和粉尘爆 炸。
3 结束语
虽然气力输送在工业中已广泛应用了数十年,尤其在应用密相气力输送技术后有了更长足的发展。但是,人们迄今不得不主要依靠对某种散料在全尺度实验台上进行 气力输送试验,来判定该散料是否可以密相输送和何种流动模式。因此,研究散料处理较有前途的课题之一是,要求能够通过对料性试验数据分析来预测粉粒料是否可采用密相气力输送及其流动模式。人们在试验桌上对物料进行各项参数的测定,将得到的数值与实际全尺度试验结果关联起来,或者根据已有的运转经验来推断。
总之,三河机械研究工作仍在深入,并逐步认识到确定散料密相气力输送的可输送性取决于物料性能, 主要参数包括:粒径和粒径分布、形状、粒子和堆积密度、透气性系数、、流动能力、黏聚性。
